cambio del sistema de traslación de las retroexcavadoras

CAMBIO DEL SISTEMA DE TRASLACIÓN DE
LAS RETROEXCAVADORAS ANFIBIAS DE
MINEROS S.A.
Trabajo De Grado Presentado Por Ana Isabel Puerta Saldarriaga,
Para Obtener El Título De Ingeniera Mecánica.
Director: Jorge Iván Álvarez González
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE MINAS
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y MECÁNICA
MEDELLÍN, JUNIO DE 2009
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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DEDICATORIA
GRACIAS A MI FAMILIA,
AMIGOS
Y A TODOS MIS COMPAÑEROS DE
MINEROS, QUE ME BRINDARON SU AYUDA Y COLABORACIÓN PARA QUE
ESTE PROYECTO SALIERA ADELANTE.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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TABLA DE CONTENIDOS
1
INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 7
2
OBJETIVOS .............................................................................................. 9
3
DEFINICIÓN E IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA............................. 10
4
ANÁLISIS TÉCNICO .............................................................................. 13
4.1
4.1.1
4.1.2
CÁLCULO DEL PESO DE LA EXCAVADORA CON EL TREN DE RODAJE
ACTUAL ..............................................................................................................13
CALCULO DEL PESO DE LA EXCAVADORA POR EL MÉTODO 1 ....................... 13
CALCULO DEL PESO DE LA EXCAVADORA POR EL METODO 2 ....................... 14
4.2
CAPACIDAD MÁXIMA DE FLOTACIÓN DE LOS PONTONES ........................15
4.3
CÁLCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD, DE MASA Y DE FLOTACIÓN DE LA
EXCAVADORA CON EL SISTEMA ACTUAL .....................................................15
4.4
DEFINICIÓN DE ELEMENTOS PARA EL NUEVO TREN DE RODAJE ............17
4.5
CÁLCULO DE LA CARRILERÍA A UTILIZAR EN EL NUEVO TREN DE
RODAJE ..............................................................................................................20
4.6
SELECCIÓN DE LA CARRILERÍA .....................................................................21
4.7
MODIFICACIÓN DE LOS PONTONES ..............................................................25
5
ANALISIS FINANCIERO DEL PROYECTO ........................................... 29
5.1
6
EVALUACIÓN FINANCIERA ..............................................................................29
DISEÑO DEL NUEVO SISTEMA ............................................................ 32
6.1
DISEÑO DE LOS SOPORTES DE LOS NUEVOS ELEMENTOS Y MONTAJE
EN EL PONTON .................................................................................................32
6.2
DISEÑO DE NUEVOS ELEMENTOS DEL TREN DE RODAJE .........................34
7
CONSTRUCCIÓN Y COMPRA DE ELEMENTOS.................................. 35
8
INTERVENTORIA, ENSAMBLE Y PUESTA A PUNTO ......................... 37
9
8.1
INTERVENTORIA MODIFICACIÓN DE LOS PONTONES. ...............................37
8.2
ENSAMBLE DE ELEMENTOS............................................................................38
8.3
PRUEBAS, VERIFICACION, CORRECCIONES DEL DISEÑO Y PUESTA A
PUNTO. ...............................................................................................................40
COSTO REAL DEL PROYECTO............................................................ 45
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10
AJUSTES Y MEJORAS AL DISEÑO ..................................................... 46
11
IMPACTO, BENEFICIOS ALCANZADOS .............................................. 48
12
RIESGOS OCUPACIONALES E IMPACTOS AMBIENTALES ............. 49
13
CONCLUSIONES ................................................................................... 50
14
BIBLIOGRAFIA ...................................................................................... 51
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LISTA DE FIGURAS
Imagen 1. Excavadora anfibia Hitachi MA 125-2.................................................. 10
Imagen 2. Piso del pontón de la excavadora para reparar. .................................. 11
Imagen 3. Cadena con rodillos, fabricada por Forjas Bolívar bajo pedido de
Mineros S.A. .......................................................................................................... 11
Imagen 4. Zapata sin tornillos en el extremo. ........................................................ 12
Imagen 5. Modelo del pontón. ............................................................................... 14
Imagen 6. Calculo de estabilidad de la máquina. .................................................. 16
Imagen 7. Elementos tren de rodaje de una PC 200-7. ........................................ 33
Imagen 8. Etapas de la modificación de los pontones. ......................................... 38
Imagen 9. Ensamble carriles y guarda cadena. .................................................... 39
Imagen 10. Montaje de soporte y sprocket. .......................................................... 39
Imagen 11. Montaje del Sistema tensor y rueda guía. .......................................... 40
Imagen 12. Instalación de cadena y zapatas, y calzas de la araña....................... 40
Imagen 13. Modificación soporte inferior y adición de carril. ................................. 41
Imagen 14. Pruebas de maniobrabilidad de la excavadora. .................................. 42
Imagen 15. Prueba de flotabilidad. ........................................................................ 42
Imagen 16. Pruebas en terrenos plásticos. ........................................................... 43
Imagen 17. Nuevas zapatas de 1400 cm. para pruebas en barro. ........................ 43
Imagen 18. Falla presentada en el lado de la rueda tensora. ............................... 44
Imagen 19. Corrección sprocket............................................................................ 44
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Costo de mantenimiento del tren de rodaje actual. ................................. 12
Tabla 2. Peso excavadora anfibia Hitachi método 1. ............................................ 14
Tabla 3. Peso excavadora anfibia Hitachi método 2. ............................................ 14
Tabla 4. Flotación máxima excavadora. ................................................................ 15
Tabla 5. Ventajas y Desventajas de los elementos que conforman los trenes de
rodaje. ................................................................................................................... 18
Tabla 6. Ventajas y desventajas de las configuraciones de las cadenas y las
zapatas para las excavadoras anfibias. ................................................................ 19
Tabla 7. Valor de los criterios de evaluación. ........................................................ 21
Tabla 8. Resumen evaluación criterios. ................................................................ 22
Tabla 9. Calculo de la carrilería. ........................................................................... 23
Tabla 10. Peso excavadora con ambos trenes de rodaje. .................................... 25
Tabla 11. Peso excavadora con ambos trenes de rodaje. ................................... 26
Tabla 12. Cantidad de elementos del nuevo tren de rodaje. ................................ 27
Tabla 13. Nuevo Peso excavadora. ...................................................................... 27
Tabla 14. Flotación máxima excavadora. .............................................................. 27
Tabla 15. Cotización modificación pontones. ........................................................ 27
Tabla 16. Comparación del costo de los elementos de dos proveedores. ............ 28
Tabla 17. Cuadro resumen análisis financiero. ..................................................... 29
Tabla 18. Análisis financiero................................................................................. 30
Tabla 19. Comparativo de reparación de pontones............................................... 35
Tabla 20. Evaluación proveedores. ....................................................................... 35
Tabla 21. Costo real del proyecto.......................................................................... 45
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1 INTRODUCCIÓN
Mineros S.A. es una empresa dedicada a la extracción del Oro, desarrolla sus
operaciones en el aluvión profundo del valle del río Nechí con dragas de
cangilones y dragas de succión, desde 1974. En ese año, inversionistas
colombianos adquirieron los derechos de la PATO CONSOLIDATED GOLD
DREDGING LTD. Y constituyeron a MINEROS COLOMBIANOS (con sus filiales
Mineros de Antioquia S.A. y Mineros del Choco S.A., pocos años después Mineros
del Choco S.A. entregó a sus trabajadores los derechos, por lo que desapareció
MINEROS COLOMBIANOS y únicamente permaneció Mineros de Antioquia S.A.
En el 2004 cambia su razón social por MINEROS S.A.
Actualmente Mineros S.A. cuenta para la explotación aluvial con cinco unidades
de producción las cuales están compuestas por:
•
Una Draga de cucharas o cangilones.
•
Una Draga de succión.
•
Una Excavadora anfibia.
•
Una Lancha.
Además se cuenta con otros equipos como botes rápidos, canoas, bulldozer,
cargadores frontales, grúa telescópica entre otros. Con los cuales realizan otros
trabajos como el transporte del personal a las dragas y de repuestos, perfilación
de los terrenos para iniciar el proceso de revegetalización (construcción de
bosques o parcelas productivas), conformación de humedales y operaciones
auxiliares.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Las operaciones mineras que realiza MINEROS S.A. son en terrenos inundables y
las excavadoras presentan dificultades en su desplazamiento, motivo por el cual
se realizó este trabajo de rediseño.
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2 OBJETIVOS
•
Realizar el diseño conceptual y de detalle, para modificar el sistema de
traslación actual de las excavadoras anfibias por un sistema tipo oruga.
•
Elaborar el análisis económico para cambiar el sistema de traslación a todas
las excavadoras anfibias Hitachi.
•
Fabricar, montar y poner a punto el primer prototipo con el nuevo sistema de
transmisión.
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3 DEFINICIÓN E IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
Mineros S.A. cuenta con 4 excavadoras anfibias Hitachi MA 125-2 (Ver Imagen 1.)
y una Komatsu PC 200, las cuales se emplean en la construcción y adecuación de
las zonas de transito de los botes, canoas y lanchas, y de apoyo en las maniobras
de las unidades de producción, entre otras actividades.
Uno de los elementos críticos que se ha identificado en el mantenimiento de las
excavadoras es el tren de rodaje que utilizan actualmente, ya que no es un
componente comercial y no es el más apropiado para operar en los terrenos que
explota actualmente la empresa. Por estas razones las maquinas pasan mucho
tiempo en reparación y el mantenimiento es muy costoso.
Con el fin de incrementar la disponibilidad de los equipos y minimizar el costo del
mantenimiento se rediseña el tren de rodaje, en principio para las excavadoras
Hitachi.
Máquina
Pontón
Tren de rodaje
Imagen 1. Excavadora anfibia Hitachi MA 125-2.
Para el rediseño del tren de rodaje se tuvo en cuenta que las excavadoras
deberán tener la capacidad de operar en todo tipo de terreno (Cementado, friable,
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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plástico y líquido), flotar y atacar los problemas que se presentan en el sistema
actual, los cuales se presentan a continuación:
•
Desgaste de las láminas de los pontones, ocasionado por el tren de rodaje,
lo cual genera que entre material sólido y agua, disminuyendo la flotación
de la excavadora.
Imagen 2. Piso del pontón de la excavadora para reparar.
•
Desgaste en las cadenas y rodillos por falta de lubricación y por abrasión.
Imagen 3. Cadena con rodillos, fabricada por Forjas Bolívar bajo pedido de Mineros S.A.
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•
Deformación en las zapatas y desprendimiento de los tornillos que las
sujetan a las cadenas.
Imagen 4. Zapata sin tornillos en el extremo.
El costo aproximado que tiene el mantenimiento de las excavadoras cada siete
meses se presenta en siguiente tabla.
Tabla 1. Costo de mantenimiento del tren de rodaje actual.
1 Anfibia (Pesos)
5 Anfibias (Pesos)
Pontón
$25’000.000
$125’000.000
Zapata
$15’000.000
$75’000.000
Tren de rodaje
$55’000.000
$275’000.000
$2’500.000
$12’500.000
$97’500.000
$487’500.000
Tornillos
Total
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4 ANÁLISIS TÉCNICO
4.1
CÁLCULO DEL PESO DE LA EXCAVADORA CON EL TREN DE RODAJE
ACTUAL
El peso de la excavadora se halló con el fin de saber cuánta era la capacidad de
flotación que tienen los pontones y cuanto es el peso que se gana al retirar el tren
de rodaje actual para instalar el nuevo. El peso de la excavadora se obtuvo por
dos métodos.
4.1.1
CALCULO DEL PESO DE LA EXCAVADORA POR EL MÉTODO 1
Para calcular el peso total de la excavadora se dividió el equipo en tres elementos
principales (Tren de rodaje – Pontones o flotadores - Máquina).
Se halló el peso de cada uno de estos de manera independiente y por diferentes
métodos.
•
Tren de rodaje: Como no se tenía el peso, se
calculó de la siguiente
manera: Con los planos de los elementos de la cadena (Ver Anexo 1.
Planos de Forjas Bolívar), se modelaron en 3D las piezas en el Programa
Inventor y se calculó el peso de cada una. Luego este peso se multiplicó
por el número total de piezas que la conformaban. El método se verificó
pesando un tramo de la cadena y multiplicándolo por la longitud total.
•
Pontones o flotadores: Se calcularon los metros de material que componían
la estructura y el tipo de perfil, y se multiplicó por el peso de metro teórico,
además se calculó el peso de la lámina que cubre la estructura. Los datos
fueron tomados del plano del pontón. (Ver Anexo 2. Pontón para
excavadora Hitachi MA 125-2)
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•
Máquina: Del catalogo de la maquina (Hitachi MA125-2) se tomo el dato del
peso de los componentes que la conforman. (Ver Anexo 3. Especificaciones
Hitachi MA 125-2)
Tabla 2. Peso excavadora anfibia Hitachi método 1.
4.1.2
Elemento
Peso (Ton.)
Tren de rodaje
8,77
Pontones
5,62
Máquina Hitachi
10,66
Total
25,05
CALCULO DEL PESO DE LA EXCAVADORA POR EL METODO 2
Para validar el peso calculado, se pone una excavadora Hitachi MA 125-2 en el
agua y se mide la altura a la que se encuentra la línea de flotación. Luego se
modela el pontón en 3D y se calcula el volumen desplazado a la altura que se
midió y se re calcula el peso total.
Imagen 5. Modelo del pontón.
Los valores de peso obtenidos por los métodos 1 y 2 se presentan en la Tabla 3.
Tabla 3. Peso excavadora anfibia Hitachi método 2.
Peso
Método 1
Método 2
Valor (Ton.)
25,05
24,65
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La diferencia entre los dos métodos utilizados fue de 0.4 Ton. Para los cálculos
siguientes se trabajó con el mayor valor encontrado.
4.2
CAPACIDAD MÁXIMA DE FLOTACIÓN DE LOS PONTONES
Se calcula la capacidad de flotación máxima de los dos pontones, para compararlo
con el peso de la excavadora con el nuevo tren de rodaje, si el valor encontrado es
menor o igual al peso de la excavadora, se determina que es necesario modificar
los pontones para garantizar la flotabilidad.
Con el modelo del pontón utilizado en el punto 4.1.2 se midió el volumen total que
tienen los dos pontones, Con este valor se halló la capacidad máxima de flotación
cuando los dos pontones se encuentran sumergidos completamente:
Tabla 4. Flotación máxima excavadora.
Capacidad máxima de flotación
Calculado
4.3
Peso (Ton.)
28,27
CÁLCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD, DE MASA Y DE FLOTACIÓN
DE LA EXCAVADORA CON EL SISTEMA ACTUAL
Para hallar estos valores se debe seleccionar primero la forma más adecuada y
recomendada por el fabricante para tener el brazo en el momento en que el equipo
va a flotar, debido a que el centro de masa cambia según la posición del brazo
Para la posición seleccionada se hallan los centros de gravedad de las partes que
componen la máquina; Súper Cuerpo, Arm, Boom, Bucket, Soportes del cuerpo, y
pontones (Ver Imagen 6), esto se hizo con el boceto de la maquina a escala en
Autocad, y con los pesos encontrados en el punto anterior se calcularon, los
centros de masa y el centro de flotación de los pontones.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Arm
Boom
Súper cuerpo
Bucket
Soportes
Pontón y Tren
de rodaje
Imagen 6. Calculo de estabilidad de la máquina.
Según los datos obtenidos el centro de flotación de los pontones se encuentra por
debajo del centro de masa de todo el equipo, lo que indica que la excavadora es
inestable, este es uno de los motivos por los cuales no se debe operar cuando
este flotando y el brazo se debe mantener fijo.
Se considera que los elementos que conforman el nuevo sistema del tren de
rodaje que se desea usar (Tipo oruga), tienen un peso mayor a los actuales, lo
que hace que el peso del conjunto pontones y tren de rodaje aumente y que
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manteniendo la posición del brazo se desplace el centro de masa en forma vertical
acercándose al centro de flotación, lo cual permite ganar estabilidad.
4.4
DEFINICIÓN DE ELEMENTOS PARA EL NUEVO TREN DE RODAJE
Se definen los elementos principales que se deben utilizar en el rediseño del tren
de rodaje:
•
Sprocket
•
Rueda guía
•
Zapatas
•
Carriles
•
Sistema tensor
Estos elementos se comparan con el sistema actual determinando las ventajas y
desventajas de cada uno. Además se tienen en cuenta las combinaciones que se
pueden hacer con los tamaños de zapatas que existen: largas, medianas, cortas o
una combinación de ellas.
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Tabla 5. Ventajas y Desventajas de los elementos que conforman los trenes de rodaje.
Sistema Actual
Criterio
Ventaja
Es liviana
Desventaja
Ventaja
Desventaja
No es comercial
Vida útil 3 meses, se
desgastan
los
pasadores.
No es lubricada.
Comercial
Si se pone sellada y
lubricada se reduce el
desgaste
de
los
pasadores y bujes, lo
cual
disminuye
los
gastos de reparación
del tren de rodaje.
Vida útil dos años.
Pesada
Se desgastan los
bujes
cuando
el
sprocket
presenta
daños y hace que se
salte la cadena.
Cadena
Sistema de Orugas
Livianos
Mayor cantidad
No son lubricados
No comerciales
Lubricados
Comerciales
Pesados
Menos Cantidad
Cubren el pontón en
todo el ancho.
Son livianas para la
longitud que tienen.
Se deforman
y
pierden altura por lo
cual los tornillos ya no
sostienen
bien
la
zapata y se revientan.
Por no ser macizas
se llenan de material
incrementando
el
peso cuando se les
hace una perforación.
No son comerciales.
Los
tornillos
sobresalen
en la
zapata
Comerciales y existen
en varios tamaños y de
tres tipos de vena, para
hacer
la
mejor
combinación según el
terreno en el que se va
a trabajar.
Los tornillos quedan
protegidos
por
las
venas de las zapatas.
No
se
llenan
de
material
por
ser
macizas.
Se pueden reparar y
reconstruir.
Cubren parcialmente
el pontón
Son más pesadas.
Rodillos
Zapatas
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Tabla 6. Ventajas y desventajas de las configuraciones de las cadenas y las zapatas para las excavadoras anfibias.
Zapatas cortas y dos cadenas
Zapatas largas
Zapatas cortas y medianas
Características
Configuraciones
Zapatas largas y cortas
Desventajas
Ventajas
Tiene zapatas de 1200 y 450 cm.
Mezcla entre zapatas de terrenos
duros y blandos.
Rodillos inferiores 9 o 10 por
pontón.
Una cadena.
Elementos de los Equipos: PC
200, 320D
Se disminuye el peso de las
zapatas por ser combinadas y no
todas largas.
Por tener zapatas largas permite
mejor movilidad en terrenos
plásticos.
No se sabe cómo se comportan
exactamente las zapatas largas
en terrenos cementados.
Tiene zapatas de 450 cm.
Zapatas para terrenos duros.
Rodillos inferiores 20 rodillos por
pontón.
Dos cadenas.
Elementos de los Equipos: EX
60.
Por tener dos zapatas a lo ancho
se tiene mayor área de apoyo.
Cubren mayor superficie del
pontón según la distancia a la
que se ubiquen.
Se tienen componentes de una
maquina mucho más liviana.
Se pueden incrustar palos o
elementos entre los dos carriles y
ocasionar daños.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
Zapatas de 900 o 1200 cm.
Zapatas para terrenos blandos.
Rodillos inferiores 9 o 10 por
pontón.
Una cadena
Elementos de los Equipos: PC 200,
320D.
Se tienen zapatas que se adaptan
mejor a terrenos plásticos, lo que
ayuda a que la máquina se apoye
mejor.
Mayor área del pontón cubierta.
Se deterioran en terrenos duros
más rápidamente.
Mayor peso
Presentará dificultad para girar.
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Zapatas de 450, 600 o 700 cm.
Zapatas para terrenos duros y
medios.
Rodillos inferiores 9 o 10 por
pontón.
Una cadena.
Elementos de los Equipos: PC
200, 320D, D4.
Trabajan muy bien en terrenos
cementados.
Tiene mayor facilidad de girar por
tener un punto de apoyo menor.
El peso es menor por tener
zapatas cortas
Puede tener problemas en
terrenos plásticos porque el área
de contacto de la zapata con el
piso es más pequeña.
4.5
CÁLCULO DE LA CARRILERÍA A UTILIZAR EN EL NUEVO TREN DE
RODAJE
Para el cálculo de la carrilería del
tren de rodaje, se tuvieron en cuenta los
siguientes parámetros:
•
El peso de los elementos.
•
El peso de la excavadora con oruga.
•
La cantidad de carriles inferiores que usan.
•
La longitud y paso de la cadena.
•
La longitud de la cadena apoyada en el piso.
Se eligieron 4 referencias de excavadoras (320 de Caterpillar, PC 200 de
Komatsu, EX 60 de Hitachi, EX 100 de Hitachi) y un bulldozer (D4 de Caterpillar)
se seleccionaron las dos primeras
excavadoras
y el bulldozer por el buen
desempeño que tiene en la empresa y las demás referencias fueron
recomendadas por los proveedores para esta aplicación.
Adicionalmente, se tuvo en cuenta como referencia la longitud de cadena de un
pontón: 16.459 m. y el peso calculado en el numeral 4.1.1: 25,05 Ton, de la
excavadora anfibia Hitachi MA 125-2.
Con esta información se hallaron:
•
La capacidad de carga de los carriles.
•
La capacidad de carga de la cadena por metro de longitud.
•
La cantidad de carriles.
•
Cantidad de zapatas.
•
La cantidad de cadenas que son necesarias para el nuevo sistema.
(Ver Tabla 9).
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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4.6
SELECCIÓN DE LA CARRILERÍA
Para seleccionar la carrilería en la modificación de las excavadoras anfibias, se
tuvieron en cuenta los siguientes criterios.
Tabla 7. Valor de los criterios de evaluación.
Criterio
Peso
Cantidad de elementos
Costo
Disponibilidad comercial
Vida Útil
Calificación
Valor
(25%)
(18%)
(20%)
(18%)
(19%)
(100%)
Los criterios y el valor asignado a cada uno de ellos, fue dado por las personas
que participan en el proyecto. A continuación se explica cómo se realiza la
calificación:
• Peso: Conjunto de los elementos principales (zapatas, carriles y cadenas),
los elementos con menos peso reciben mayor puntaje.
• Cantidad de componentes: Cantidad de elementos que se requieren de
zapatas, carriles y cadena, a mayor cantidad de elementos se supone
mayor cantidad de mantenimiento. Los elementos con menor cantidad
tienen mayor puntuación.
• Costo: Los elementos más económicos tienen mayor puntuación, además
se tuvieron en cuenta las respuestas de los proveedores al momento de
cotizar.
• Disponibilidad: En la disponibilidad se tuvo en cuenta la experiencia que
han tenido las personas del grupo con cada una de las marcas, los
proveedores: agilidad e interés en el proyecto, y existencia de los
elementos.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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• Vida útil: Teniendo en cuenta que todos los proveedores dan una garantía
similar y que nuestras máquinas no cumplen con esas horas da una
puntuación inicial igual para todos, entonces lo que hizo la diferencia es el
comportamiento posible de los elementos en la aplicación (sellos y tamaño)
En la tabla 8 se muestra los resultados obtenidos de esta calificación.
Tabla 8. Resumen evaluación criterios.
Peso (25%)
Cantidad (18%)
Costo (20%)
Disponibilidad (18%)
Vida Útil (19%)
Calificación (100%)
Calificación total
PC 200 Ex 60 Ex 100
0,58
0,92
1,17
0,84
0,30
0,54
1,00
0,07
0,13
0,84
0,36
0,36
0,95
0,38
0,57
4,21
2,02
2,77
D4
0,42
0,72
0,53
0,72
0,76
3,15
320
0,58
0,72
0,60
0,72
0,76
3,38
En la tabla 9 se muestran en más detalle el peso de los elementos, la cantidad
requerida, el costo, la disponibilidad, la vida útil, y la calificación de cada criterio
para las 5 referencias analizadas.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Tabla 9. Calculo de la carrilería.
Zapatas (cm.)
PC 200
Peso (Kg) - Cantidad
Ex 60
Ex 100
400
D4
320
9,5
450
6,342
500
13
600
13,95
700
20
800
21,475
900
23,041
1200
Cantidad
(1Pontón (1P)-16 ,459m
Longitud)
92
11
9,513
8,154
12,6
12,684
13,3
19
14,949
84
194
88
82
85
4
1
2
5
3
1171,8
4
1581,88
3
1116,19
5
0
0
1615
2
D4
320
43,5
38
Puntuación Cantidad
Peso total zapatas de
600(1P)
Puntuación Peso
Carriles inferiores
PC 200
Peso
42,35
12,96
20,84
24
Peso (Kg) - Cantidad
Ex 60
Ex 100
Cantidad
24
54
38
24
Puntuación Cantidad
5
3
4
5
5
Peso Total
1016,4
699,84
791,92
1044
912
Puntuación Peso
2
5
4
1
3
Cadena
PC 200
D4
320
Longitud (m)
17,68
12,56
15,44
14,61
17,45
Peso (Kg)
1916
385
566,2
600
1120
Peso/metro (Kg/m)
108,37
30,65
36,67
41,07
64,18
32,918
Peso (Kg) - Cantidad
Ex 60
Ex 100
Cantidad
32,918
65,836
32,918
32,918
Puntuación Cantidad
5
1
3
2
4
Peso Total
3567,36
2018,06
1207,14
1351,87
2112,79
Puntuación Peso
1
3
5
4
2
Ex 100
D4
320
PC 200
Calificación Peso
Ex 60
Zapatas 600
4
3
5
0
2
Carriles inferiores
2
5
4
1
3
Cadena
1
3
5
4
2
Calificación (25%)
0,58
0,92
1,17
0,42
0,58
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
23 de 52
Calificación Cantidad
PC 200
Ex 60
Ex 100
D4
320
Zapatas 600
4
1
2
5
3
Carriles inferiores
5
3
4
5
5
Cadena
5
1
3
2
4
Calificación (18%)
0,84
0,30
0,54
0,72
0,72
D4
320
Costo – Zapatas
Costo zapatas
PC 200
Ex 60
Ex 100
400
$
65.523
450
$
71.598
$
77.630
500
$
290.415
600
$
92.382
700
$
159.821
800
$
188.282
900
$
141.521
1200
$ 1.723.936
Costo Zapatas de 600
Puntuación Costo zapatas de
600
$ 7.760.088
Carriles
PC 200
-
5
-
0
-
$
106.035
$
152.663
$ 12.976.355
0
0
3
Ex 100
D4
320
Costo – Carriles
Cantidad (2P)
Costo Unidad
Ex 60
32
$
543.083
74
$
50
400.000
$
32
500.000
$
839.355
32
$
842.036
Costo Total
$ 17.378.656
$ 29.600.000
$ 25.000.000
$ 26.859.360
$ 26.945.152
Puntuación
5
1
2
4
3
Cadena
PC 200
Ex 60
Ex 100
D4
320
65,836
32,918
Costo – Cadena
Costo/metro
$
755.718
Cantidad (m)
32,918
Costo Total
$ 24.876.727
Puntuación Costo
5
$
$
0
910.026
$ 1.033.327
32,918
32,918
$ 29.956.251
$ 34.015.065
0
4
3
320
$
-
Calificación Costo
PC 200
Ex 60
Ex 100
D4
Zapatas 600
5
0
0
0
3
Carriles inferiores
5
1
2
4
3
Cadena
5
0
0
4
3
Calificación (20%)
1,00
0,07
0,13
0,53
0,60
320
Disponibilidad
PC 200
Ex 60
Ex 100
D4
Experiencia
4
3
3
5
5
Servicio - Interés proyecto
5
2
2
2
2
Productos
5
1
1
5
5
Calificación (18%)
0,84
0,36
0,36
0,72
0,72
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
24 de 52
Vida Útil
Calificación (19%)
PC 200
Ex 60
Ex 100
D4
5
2
3
4
320
4
0,95
0,38
0,57
0,76
0,76
D4
320
Capacidad de carga de los carriles
Capacidad de carga del carril
(Ton)
PC 200
Ex 60
Ex 100
1.45
6
10
20
El tipo de carrilería seleccionada para el nuevo tren de rodaje de la excavadora
anfibia es el de la Komatsu PC 200.
4.7
MODIFICACIÓN DE LOS PONTONES
Debido a que el peso de la carrilería seleccionada es mayor al peso de la carrilería
actual y supera la capacidad de flotación de los pontones, es necesario
modificarlos o construir unos nuevos para garantizar la flotación de la excavadora.
Tabla 10. Peso excavadora con ambos trenes de rodaje.
Permanecen
Elementos Que salen
Nuevos
Sistema
Actual
Nuevo
Peso (Ton.)
10,66
14,39
20,29
Peso (Ton.)
25,05
30,95
Para determinar la forma en la que se deben modificar los pontones, se simuló el
cambio en las dimensiones del ancho, alto y largo, hasta obtener una tonelada
más de volumen, luego se compararon las longitudes que cambiaron y se
estudiaron las ventajas y desventajas de cada una de las situaciones. Además se
consideró la opción de poner pontones adicionales.
En la tabla 11 se muestran las opciones tenidas en cuenta.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
25 de 52
Tabla 11. Peso excavadora con ambos trenes de rodaje.
Pontón Ancho
Ventajas
•
Menor cambio en la longitud para
obtener el volumen requerido
Desventajas
•
Más área inferior del pontón
descubierta por la zapata.
•
Implica modificar las porterías de la
empresa.
•
Afecta la operación de giro de la
excavadora y el posicionamiento en
los planchones.
Pontón Largo
Ventajas
•
Mayor distancia para ubicar los
carriles, más cantidad de zapatas
sobre el piso lo que implica: mayor
tracción, carga más distribuida,
mayor área de soporte.
Desventajas
•
Se requiere aumentar mayor longitud
con respecto a las otras dimensiones,
para alcanzar el volumen requerido.
•
Afecta la operación de giro de la
excavadora y el posicionamiento en
los planchones.
Pontón Alto
Ventajas
•
Con un incremento pequeño en la
altura se incrementa bastante el
volumen.
Desventajas
•
Pierde profundidad en la operación
del brazo.
Pontones Internos
Ventajas
•
Se pueden ubicar sin modificar la
estructura original.
Desventajas
•
Mayor área inferior descubierta.
•
Es limitado el espacio por la distancia
entre los motores.
•
Apenas se puede incrementar hasta
una tonelada cada pontón.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
26 de 52
Con base en los criterios tenidos en cuenta se decide, que la mejor forma de hacer
la modificación en los pontones es a lo alto y a lo largo, esta modificación en los
pontones implicó:
• Calcular nuevamente la cantidad de los siguientes elementos:
Tabla 12. Cantidad de elementos del nuevo tren de rodaje.
Elemento
Sprocket
Carriles Inferiores
Carriles Superiores
Rueda Libre
Sistema Tensor
Cadena de 96 pasos
Zapatas
•
Cantidad
2
22
10
2
2
2
192
Modificar la estructura del pontón (Ver Anexo 4. Plano de la modificación de
la estructura del pontón.), la cual fue validada por cálculos de un ingeniero
civil (Ver Anexo 5. Calculo de la estructura del pontón.).
•
Calcular el nuevo peso de la excavadora.
Tabla 13. Nuevo Peso excavadora.
Peso
Nuevo peso calculado
•
Valor (Ton.)
30,05
Calcular la nueva capacidad máxima de flotación del ponto.
Tabla 14. Flotación máxima excavadora.
Capacidad máxima de flotación
Calculado
•
Peso (Ton.)
33,2
Cotizar la modificación de los pontones y la construcción de unos nuevos.
Tabla 15. Cotización modificación pontones.
Modificados en el Bagre
Nuevos en el Bagre
Nuevos en Astillero ($8.000 Por Kilo)
•
Valor (Pesos.)
$26’000.000
$60’000.000
$88’000.000
Cotizar el total de los elementos nuevos del tren de rodaje.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
27 de 52
Tabla 16. Comparación del costo de los elementos de dos proveedores.
REFERENCIA
20Y-30-07300
20Y-32-07040PASOS
20Y-27-77110
20Y-32-07040
20Y-32-11111
04064-04518
20Y-30-08040
205-30-72170XC
206-30-45262
206-30-55122
20Y-30-12111
20Y-30-22113
20Y-30-22122
Total
DESCRIPCION
CANTIDAD
PRACO
Carriles
32
Precio Unidad
$ 429.308
Pasos cadena
Sprocket
Tramo cadena
(45)(49)
Zapata de 600 mm
Pin argolla
Rueda guía comp.
Platina
Seguro
Eje rueda guía
Resorte
Horquilla
Cilindro
12
2
$ 127.602
$ 517.772
$ 1.531.221
$ 1.035.544
4
192
2
2
2
2
2
2
2
2
$ 5.257.640
$ 73.026
$ 4.235
$ 1.592.126
$ 7.462
$ 18.432
$ 1.365.692
$ 2.948.916
$ 660.608
$ 2.364.169
$ 21.030.560
$ 14.021.067
$ 8.471
$ 3.184.253
$ 14.923
$ 36.864
$ 2.731.385
$ 5.897.832
$ 1.321.216
$ 4.728.338
$ 69.279.526
BERCO
Precio Total
$ 13.737.853
Precio Unidad
$ 502.561
Precio Total
$ 16.081.952
$ 712.502
$0
$ 1.425.004
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
$ 7.561.202
$ 104.000
$ 1.553.520
$ 30.244.808
$ 19.968.000
$0
$0
$0
$0
$0
$ 3.107.040
$0
$0
$ 70.826.804
28 de 52
5 ANALISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
5.1
EVALUACIÓN FINANCIERA
Para la evaluación financiera del proyecto se previó una inversión inicial de
$600.000.000, correspondiente al acondicionamiento de las cuatro excavadoras
anfibias Hitachi y la ampliación de dos planchones “Cuadrados” necesarios para
la operación de los equipos.
Esta inversión se incurriría en el año 2008 o 2009, para los años subsiguientes se
estima un ahorro bianual de $409.500.000.
El nuevo diseño de traslación requerirá de mantenimiento cada dos años por valor
de $480.000.000.
Con estos datos iniciales se realiza el flujo de caja para un horizonte de 7 años,
teniendo los siguientes resultados:
Tabla 17. Cuadro resumen análisis financiero.
2008
FLUJO DE
CAJA LIBRE
DEL
PROYECTO
$-402.000.000
2009
$
274.365.000
2010
$
-99.225.000
2011
$
302.487.413
2012
$
TASA INTERNA DE RETORNO
VPN
COSTO CAPITAL MINEROS S.A. 14,04%
RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN AÑOS (14,04%)
-109.395.563
2013
$
2014
333.492.372
$
-120.608.608
16%
$ 19.635.082,18
4,43
Como se nota en el cuadro resumen el proyecto es rentable y se recuperaría la
inversión de 4.43 años. Los ahorros en mantenimientos son representativos, ya
que este tipo de carrilería dura dos años sin necesidad de mantenimiento. Cabe
anotar que en los valores del mantenimiento futuro se es un poco conservador
asumiendo unos costos altos, disminuyendo estos costos el proyecto se vuelve
más atractivo.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
29 de 52
Tabla 18. Análisis financiero.
FLUJO DE FONDOS
ANÁLISIS CAMBIO SISTEMA TRASLACIÓN RETROS ANFIBIAS
0
1
2
3
4
5
6
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Ahorro en Pontones
$
$ 105.000.000
$ 110.250.000
$ 115.762.500
$ 121.550.625
$ 127.628.156
$ 134.009.564
Ahorro no consumo de zapatas
$
$ 63.000.000
$ 66.150.000
$ 69.457.500
$ 72.930.375
$ 76.576.894
$ 80.405.738
Ahorro Tren de Rodaje
$
$ 231.000.000
$ 242.550.000
$ 254.677.500
$ 267.411.375
$ 280.781.944
$ 294.821.041
Ahorro en no tornillería
$
$ 10.500.000
$ 11.025.000
$ 11.576.250
$ 12.155.063
$ 12.762.816
$ 13.400.956
TOTAL INGRESOS-AHORROS
$
$ 409.500.000
$ 429.975.000
$ 451.473.750
$ 474.047.438
$ 497.749.809
$ 522.637.300
EGRESOS
$
AÑO
INGRESOS-AHORROS
MANTENIMIENTO FUTURO
$
Sistema de Orugas
$
$
$ 396.900.000
$-
$ 437.582.250
$-
$ 482.434.431
Pontones
$
$
$ 132.300.000
$-
$ 145.860.750
$-
$ 160.811.477
TOTAL MANTENIMIENTO FUTURO
$
$
$ 529.200.000
$-
$ 583.443.000
$-
$ 643.245.908
$
$
$-
$-
$-
$-
$-
$
$
$-
$-
$-
$-
$-
AMORTIZACIONES
DEPRECIACION
TOTAL EGRESOS
$
$
$ 529.200.000
$-
$ 583.443.000
$-
$ 643.245.908
UTILIDAD OPERACIONAL
$
$ 409.500.000
$ -99.225.000
$ 451.473.750
$ -109.395.563
$ 497.749.809
$ -120.608.608
IMPUESTO DE RENTA
$
$ 135.135.000
$ -
$ 148.986.338
$-
$ 164.257.437
$
-
UTILIDAD NETA
$
$ 274.365.000
$ -99.225.000
$ 302.487.413
$ -109.395.563
$ 333.492.372
$ -120.608.608
AMORTIZACIONES
$
$
$ -
$-
$-
$-
$-
DEPRECIACION
$
$
$-
$-
$-
$-
$-
FLUJO DE CAJA OPERATIVO
$
$ 274.365.000
$ -99.225.000
$ 302.487.413
$ -109.395.563
$ 333.492.372
$ -120.608.608
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
30 de 52
INVERSION
EN ACTIVOS FIJOS (4 RETROS)
Elementos sistema de orugas
$ 360.000.000
Pontones reparados
$ 120.000.000
Acondicionamiento e imprevistos
$ 40.000.000
Ampliación de 2 Planchones
$ 80.000.000
TOTAL INVERSION
EN ACT IVOS FIJOS
$ -600.000.000
INVERSION EN CAPITAL
DE TRABAJO
$
BENEFICIO TRIBUTARIO
$ 198.000.000
FLUJO DE CAJA LIBRE DEL
PROYECTO
$ -402.000.000
TASA INTERNA DE RETORNO
VPN (COSTO CAPITAL MINEROS S.A.
14,04%)
RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN
AÑOS (14,04%)
$ -99.225.000
$ 302.487.413
$ -109.395.563
$ 333.492.372
$ -120.608.608
$ 240.586.636,27
$ -76.296.864,46
$ 203.955.621,98
$ -64.680.128,07
$ 172.901.938,29
$ -54.832.121,83
$ -161.413.364
$ -237.710.228
$ -33.754.606
$ -98.434.734
$ 74.467.204
$ 19.635.082
16%
$ 19.635.082,18
4,43
$ -402.000.000
SUPOSICIONES
$ 274.365.000
La carrilería es sustituida cada 2 años y los pontones reparados por un valor de $30,000,000
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
31 de 52
6 DISEÑO DEL NUEVO SISTEMA
Para el diseño de los nuevos elementos del sistema se hizo análisis de esfuerzos.
Dichos diseños fueron discutidos por el grupo de trabajo buscando determinar que
fueran los adecuados y que cumplieran con todos los requerimientos que se
necesitan para instalar los nuevos elementos.
6.1
DISEÑO DE LOS SOPORTES DE LOS NUEVOS ELEMENTOS Y
MONTAJE EN EL PONTON
Para diseñar los soportes de los nuevos elementos a instalar, fue necesario
realizar el levantamiento de estos, ya que había distancias o longitudes que se
debían respetar para su correcto ensamble, tales como distancia entre agujeros,
alturas, distancia entre caras, paso de la cadena, entre otras. La empresa Praco
Didacol suministró información importante para realizar dichos levantamientos (Ver
Anexo 6. Información técnica Komatsu PC-200.)
Rueda Libre a instalar, levantamiento en Praco
Didacol
Diseño básico de sprocket, levantamiento en Praco
Didacol
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
32 de 52
Carriles, levantamiento en Praco Didacol
Cadenas, levantamiento en Praco Didacol
Zapatas, levantamiento en Praco Didacol
Cilindro sistema tensor, levantamiento en Taller Diesel
Resorte sistema tensor, levantamiento en Taller
Diesel
Soporte sistema tensor, levantamiento patios Mineros
S. A.
Imagen 7. Elementos tren de rodaje de una PC 200-7.
En el diseño de los soportes de los carriles superiores e inferiores se tuvo en
cuenta que cumplieran con los siguientes requerimientos: que la cantidad
necesaria de carriles se pudieran ubicar en el espacio disponible, que permitan la
evacuación de material para evitar que los carriles se bloquen, que se puedan
instalar los carriles de forma fácil y que permitan el cambio en caso de
mantenimiento.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
33 de 52
En la parte superior los soportes son 5 cajas independientes y en la parte inferior
Un soporte completo para todos los carriles.
Para el soporte del sistema tensor se realizó el levantamiento al puntal de una
Komatsu PC 200-5 existente en la empresa y se adaptó a las necesidades que se
tienen y al pontón.
Para más detalle ver los planos (Ver Anexo 7. Soportes de los elementos y
ensamble en el pontón.)
6.2
DISEÑO DE NUEVOS ELEMENTOS DEL TREN DE RODAJE
Se decidió no montar el sprocket de la Komatsu PC 200-7 debido a que el espacio
disponible no era suficiente y el sprocket quedaría golpeando con el pontón, por lo
tanto se diseño un sprocket más pequeño de 13 dientes que se adaptara a la
cadena seleccionada, además se diseñó seccionado en 3 partes, dos de 5 dientes
y una de tres, esto se realizó para facilitar su montaje en el sistema. (Ver Anexo 8.
Sprocket de 13 dientes 5-5-3.)
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
34 de 52
7
CONSTRUCCIÓN Y COMPRA DE ELEMENTOS
Con el ánimo de desarrollar microempresas generadoras de empleo en la región y
por el alto nivel de trabajo en el Taller Metalmecánico de la empresa, se cotizó la
reparación de los pontones con varias personas de la zona que cuentan con
experiencia en este tipo de trabajo, posteriormente se realizó un comparativo de
dichas cotizaciones con el comité técnico quedando de la siguiente manera:
Tabla 19. Comparativo de reparación de pontones.
DESCRIPCION
Materiales
Mano de Obra
Total
EBETH SOTELO
CRISTO ATENCIA
$ 18362040
$ 7545000
$ 25907040
ALCIDES TORRES
N.D.
N.D.
$ 33000000
$ 13717800
$ 15000000
$ 28717800
Se realizó la selección de dos de los contratistas y se evaluaron en varios
aspectos importantes para la realización del proyecto.
Tabla 20. Evaluación proveedores.
N°
ASPECTO
PORCENTAJE
ALCIDES
EBETH SOTELO
1
CONTROL DE CALIDAD
25%
=
=
2
EXPERIENCIA EN TRABAJOS SIMILARES
15%
=
=
3
MATERIAL
5%
=
=
4
CAPACIDAD ECONÓMICA DE REALIZAR EL TRABAJO
5%
-
-
5
EQUIPOS E INSTALACIONES
20%
Equipos de soldadura
2%
=
=
Equipos de corte
2%
-
+
Equipos de carga
7%
+
-
Instalaciones eléctricas
7%
+
-
Espacio
2%
=
=
6
TIEMPO DE ENTREGA (1 mes)
5%
=
=
7
PERSONAL CAPACITADO Y CALIFICADO
10%
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
35 de 52
Cantidad
5%
=
=
Experiencia en pontones del personal
5%
+
-
COSTO
15%
-
+
=
Iguales condiciones bien
100%
78%
76%
-
Regular
+
Bien
8
Con el contratista Ebeth Sotelo Pinto, se iniciaron las labores de modificación de
los pontones, a quien se acompañó con interventoría y seguimiento para culminar
con éxito los trabajos. Se tomaron las cotizaciones para la carrilería (Ver Tabla
16.) y se adquirieron
los elementos con Praco Didacol, por ser repuestos
originales y tener el menor precio.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
36 de 52
8
8.1
INTERVENTORIA, ENSAMBLE Y PUESTA A PUNTO
INTERVENTORIA MODIFICACIÓN DE LOS PONTONES.
Se realizo el seguimiento a la modificación de los pontones para que concordara
con el diseño realizado (Ver Anexo 4. Plano de la modificación de la estructura del
pontón.), al finalizar se revisó que las soldaduras no tuvieran poros, ya que se
debía garantizar la estanqueidad, para que no se filtre agua y les incremente el
peso.
Retiro de láminas deterioradas, Taller Ebeth Sotelo
Modificación del largo y alto , Taller Ebeth Sotelo
Cambio en el largo y alto del pontón, Taller Ebeth
Sotelo
Instalación de nuevas láminas, Taller Ebeth Sotelo
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Corrección de curvaturas del pontón, Taller Ebeth
Sotelo
Corrección de curvaturas del pontón, Taller Ebeth
Sotelo
Pontón terminado, Taller Ebeth Sotelo
Pontón terminado, Taller Ebeth Sotelo
Pontón terminado, Taller Ebeth Sotelo
Pruebas en las soldaduras, Taller Ebeth Sotelo
Imagen 8. Etapas de la modificación de los pontones.
8.2
ENSAMBLE DE ELEMENTOS.
Los soportes superiores e inferior fueron soldados al pontón, luego se procedió a
hacer el ensamble de los carriles en estos, durante este proceso se vio la
necesidad de instalar tres guarda cadenas en cada pontón para evitar que se
saliera la cadena.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Ensamble carriles inferiores
Montaje guarda carriles
Imagen 9. Ensamble carriles y guarda cadena.
Se instalo el nuevo soporte y el sprocket en el tubo original de la máquina teniendo
especial cuidado en la alineación con los soportes superiores e inferior para evitar
el descarrilamiento de la cadena.
Montaje soporte sprocket
Montaje del sprocket
Imagen 10. Montaje de soporte y sprocket.
Luego se procedió a realizar el montaje del sistema tensor y de la rueda guía, al
sistema tensor se le adecuo una grasera externa para facilitar el uso por parte del
personal cuando se requiera tensionar la cadena. Adicionalmente se verifico que
la rueda guía se pudiera desplazar por las canales de soporte del sistema tensor.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Montaje del sistema tensor
Montaje de la rueda guía
Imagen 11. Montaje del Sistema tensor y rueda guía.
Por último fueron montadas las zapatas y la cadena en el pontón, se detectó que
cuando la máquina giraba, rosaban el tornillo que sostiene el contrapeso y las
zapatas, debido a esto fue necesario calzar el soporte de la maquina (araña) para
evitar que se presentara este problema.
Instalación de cadenas y zapatas
Calzas de la araña
Imagen 12. Instalación de cadena y zapatas, y calzas de la araña.
8.3
PRUEBAS, VERIFICACION, CORRECCIONES DEL DISEÑO Y PUESTA A
PUNTO.
Se realizaron pruebas en terrenos cementados, en terrenos plásticos, de flotación
y de maniobrabilidad con las cuales se pudieron identificar algunas mejoras
necesarias antes de poner en funcionamiento la excavadora.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Con las pruebas en terreno cementado se observo que era necesario disminuir el
ángulo de quiebre de la cadena, para esto se modificó el soporte de los carriles
inferiores dándole la forma curva del pontón y en el lado en el que se encuentra el
sprocket se agregó un carril, este carril también sirvió para evitar que cuando la
cadena se tensione golpee el pontón.
Angulo de quiebre de la cadena muy pronunciado
Se modificó la base inferior de los carriles
Golpe de la cadena con la curva del pontón
Se adicionó un carril en la curva
Imagen 13. Modificación soporte inferior y adición de carril.
En la prueba de maniobrabilidad se verifico que la excavadora fuera capaz de
levantarse apoyada en el brazo, ya que esto es necesario para realizar
reparaciones en campo e inspeccionar la carrilería, además se notó una mejora
adicional con respecto al sistema anterior, puesto que para girar no necesita
realizar grandes desplazamientos.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Imagen 14. Pruebas de maniobrabilidad de la excavadora.
En la prueba de flotación se comprobó que la excavadora era capaz de flotar, uno
de los requerimientos principales del rediseño y se encontró que la línea de
flotación correspondía a la calculada lo que indicó que el peso calculado del nuevo
sistema era correcto.
Imagen 15. Prueba de flotabilidad.
Se realizaron las pruebas en terrenos plásticos:
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Imagen 16. Pruebas en terrenos plásticos.
Encontrando que la excavadora con las zapatas cortas se quedaba enterrada,
dificultando su movimiento y haciendo necesario el uso del brazo para
desplazarse. Para solucionar esto se realizó una prueba con unas zapatas más
largas, las cuales fueron construidas uniendo dos zapatas de 700 cm, y para
aumentar el agarre en el terreno se soldó una platina a lo largo de ellas, el
resultado de esta prueba fue una notable mejoría en el desplazamiento de la
excavadora ya que el barro no se acumulaba frente al pontón.
Zapatas largas
Pruebas con las nuevas zapatas largas
Imagen 17. Nuevas zapatas de 1400 cm. para pruebas en barro.
También se detecto que era necesario instalar en el lado en el que se encuentra la
rueda libre un carril adicional, porque la cadena con ciertos movimientos de la
excavadora hunde la lámina del pontón.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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Imagen 18. Falla presentada en el lado de la rueda tensora.
Con la operación de la máquina el sprocket diseñado presentó dos fallas: la
primera, los dientes tenían poca altura, por ende había poco contacto con la
cadena, la segunda, como el sprocket estaba seccionado en tres partes, generaba
que las cargas no se distribuyeran uniformemente, lo que ocasionó una falla en la
sección más pequeña. El sprocket se rediseñó para corregir dichas fallas (Ver
Anexo 9. Rediseño sprocket 13 dientes 5-5-4.).
Imagen 19. Corrección sprocket.
La verificación de la eficacia del proyecto fue realizada por, Sergio Bonilla técnico
del Taller Diesel, Jhon Jairo Gómez Director de la Unidad de Producción No. 2 y
Juan Gabriel Galvis Líder de Proyectos Mecánicos I&D durante los días 16 y 17 de
febrero de 2009, esta verificación quedó registrada en el formato: I&D-FOR-002
archivada en la carpeta del Proyecto en Mineros S.A.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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9 COSTO REAL DEL PROYECTO
Los costos generales del proyecto, al realizar los ajustes y la puesta a punto del
mismo fueron los siguientes:
Tabla 21. Costo real del proyecto.
Concepto
Elementos tren de rodaje
Sprocket 13 dientes
Reparación pontones
Adición reparación pontones
Trabajos varios puesta a punto
Corte de sprocket con plantilla
Maquinado sprocket
Adecuación de zapatas
Proveedor
Praco - Didacol
Armando Piedrahita
Ebeth Sotelo
Ebeth Sotelo
Armando Piedrahita
Ferrocortes
Taller metalmecánico
Taller metalmecánico
Total
$
$
$
$
$
$
$
$
$
Valor
91.670.132
4.060.000
25.907.040
2.000.000
1.000.000
7.700.000
453.325
2.024.322
134.814.819
Hubo un incremento de $ 14’814.819 por concepto de modificaciones al diseño,
por espacios, alargue de la cadena, incremento de zapatas, entre otros.
El presupuesto previsto para el proyecto cumplió con las expectativas generales,
estos valores se ajustarán para futuras modificaciones.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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10 AJUSTES Y MEJORAS AL DISEÑO
Durante las diferentes etapas del proyecto se determinaron aspectos en el diseño
que se deben mejorar para los futuros acondicionamientos:
• Modificación de los pontones
En los pontones se deben diseñar unas canales a lo largo, tanto arriba y abajo,
para instalar las estructuras que soportan los carriles y disminuir la distancia que
hay entre las zapatas y las laminas, además las curvas que tienen en los extremos
serán eliminadas, con el fin de disminuir los quiebres bruscos en la cadena que
pueden afectar su vida útil. Es posible que se requiera modificar la base de los
carriles superiores e inferiores para que se adapten a la nueva geometría, para lo
cual se deben tener en cuenta las mejoras que se hicieron durante la puesta a
punto.
• Calzas
El uso de las calzas para la araña, ya no serán necesarias si se realizan las
modificaciones descritas anteriormente para los pontones.
• Zapatas largas
Como las zapatas largas probadas en la etapa de correcciones y puesta a punto
mejoraron el desplazamiento de la máquina en los terrenos plásticos, se deben
diseñar unas zapatas con dicha geometría (Largo de 1400 cm. y la pestaña central
más alta).
• Cadena
La longitud de la cadena se debe verificar con la nueva disposición de los
elementos, la longitud actual es de 97 links.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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• Porta sprocket y tubo
Con el fin de diseñar el porta sprocket con un chaflán de mayor tamaño para
aplicar la soldadura de una forma correcta y que no afecte el montaje del sprocket,
se debe recalcular el tubo con un diámetro inferior, un espesor mayor y mejorar los
apoyos de este para evitar fracturas.
• Sprocket de 13 dientes
Como se mencionó anteriormente se cambio la partición del sprocket de 5-5-3 a 54-4, para distribuir mejor la carga en las tres partes, se tiene la propuesta de
partirlo en 7-6 la cual debe ser evaluada antes de implementarla, además se debe
tener en cuenta el posible cambio a un sprocket de 15 dientes con el fin de
aumentar el ángulo de contacto con la cadena.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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11 IMPACTO, BENEFICIOS ALCANZADOS
Al culminar el proyecto se encontraron los siguientes beneficios:
a. Impacto ambiental: se disminuye la generación de chatarra derivada del cambio
frecuente del tren de rodaje.
b. Impacto económico: Disminución del costo de mantenimiento, debido a que la
vida útil del nuevo tren de rodaje es superior y en su mayoría son elementos
comerciales.
c. Beneficios obtenidos en la operación: Mejor desplazamiento y giros de las
excavadoras en los cargueros.
d. Disminución de la fricción, generando menor desgaste en los elementos.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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12 RIESGOS OCUPACIONALES E IMPACTOS AMBIENTALES
El nuevo diseño del sistema de traslación de las excavadoras anfibias, ofrece una
reducción considerable en el uso de recursos, desde el punto de vista ambiental,
minimiza la generación de materiales sólidos (chatarra, láminas antidesgaste) y el
uso de recursos (soldadura, gases, energía), sin embargo desde el punto de vista
ocupacional, el aumento en la altura de los pontones hace que el operador esté
más expuesto a accidentes, para este punto se tiene previsto la instalación de
accesos más confortables por intermedio de escaleras.
Modificación del sistema de traslación de las excavadoras anfibias
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13 CONCLUSIONES
A pesar de que se presentaron algunos inconvenientes en el montaje y operación
de la excavadora con el nuevo sistema de traslación tipo oruga, se puede concluir
que este tipo de carrilería soluciona gran cantidad de problemas de las
excavadoras anfibias entre los cuales se pueden destacar; por ser un sistema
lubricado se facilita el desplazamiento y por no estar en contacto directo con la
lamina se evita el desgaste de esta.
Desde el punto de vista económico el rediseño del sistema de traslación es viable,
porque se ahorra en mantenimientos, la carrilería tiene una mayor vida útil, la
mayoría de elementos son comerciales, entre otros, pero para implementarlo con
éxito en todas las excavadoras de la compañía es necesario llevar a cabo las
mejoras planteadas.
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14 BIBLIOGRAFIA
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edición, Mexico. 1998.
• Norton, Robert L.; Diseño de Maquinaria. Ed McGraw-Hill. Tercera edición,
Mexico, 2005.
• Munson, B. Young, D. Okiishi, Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Ed
Limusa-Wiley. Mexico. 1999.
• Mataix, Claudio; Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. Ed Alfaomega.
Segunda edición, Mexico. 2005.
• Askeland, Donald R.; La Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Ed
Iberoamérica. Mexico. 1985.
• Restrepo, Gabriel J.; Información Técnica Tablas de Consulta Ferrocortes.
Litoimpresos y Servicios. Medellín. 2006.
• Caterpillar.
http://www.cat.com/parts
• Big Float.
http://www.bigfloat.se
• Remu.
http://www.remu.fi
• Praco Didacol S.A.
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http://www.pracodidacol.com/Construcci%C3%B3n/Komatsu/tabid/238/lang
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• Komatsu.
http://www.komatsu.com
• Hitachi.
http://www.hitachi-c-m.com/global/products/excavator/index.html
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